分布式发电对配电网的影响

杨琦伟

将分布式发电（DG）系统集成到现有的配电系统中，是今后分布式发电的发展趋势。但是把大量的DG系统接入配电网会对配电系统的结构和运行产生很大的影响。其主要表现在以下几个方面。

一、对网损的影响

在配电网中的负荷近旁接入分布式发电（DG）系统后，整个配电网的负荷分布将发生变化，主要有3种情况：（1）所有负荷节点处的负荷量均大于该节点处DG的输出量；（2）至少有一个负荷节点处的负荷量小于该节点处DG的输出量，但系统的总负荷量大于所有DG的输出总量；（3）至少有一个负荷节点处的负荷量小于该节点处DG的输出量，且系统的总负荷量小于所有DG的输出总量。对于情况（1），DG的引入使配电网中所有线路的损耗减小；对于情况（2），DG的引入可能导致配电网中某些线路的损耗增加，但配电网的总体线路损耗将减小；对于情况（3），如果所有DG的发电总量小于2倍的负荷总量，那么DG的影响与情况（2）相同，否则将使配电网的线路损耗增加。由此可见，分布式发电可能增大也可能减小系统损耗，这取决于分布式电源的位置、与负荷量的相对大小以及网络的拓扑结构等因素。

二、对线路上潮流的影响

如果配电网中含有风力发电和/或光伏（PV）发电系统，由于它们的输出受天气的影响很大，具有随机变化的特性，所以以上3种负荷分布情况可能会在配电网中交替出现，使系统的潮流具有随机性，传统的潮流算法将不再适用。为此目前提出2种解决方法。

（1）利用负荷跟踪控制保证馈线上的潮流不变，这样就可以延续传统的潮流算法。（2）采用新的潮流算法。目前普遍使用的2种典型的随机潮流算法是：Borkowska方法和Dopazo方法。这2种方法的区别在于：Borkowska方法通过卷积积分可以处理节点给定值的任意概率密度函数，而DoDazo方法只能处理成正态分布的概率密度函数。

三、 对电压的影响

（1）对稳态电压分布的影响：传统配电网一般呈辐射状，稳态运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低。接入DG后，在稳态情况下（视负荷恒定不变），由于馈线上的传输功率减小以及DG输出的无功的支持，使得沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高。电压被抬高多少与接入的DG的位置及总容量的大小有关。

（2）对系统电压波动的影响：传统配电网中，有功、无功负荷随时间变化会引起系统电压波动。朝线路末端方向，电压的波动越来越大。如果负荷集中在系统末端附近，电压的波动会更大，一般尽量避免这种情况的发生。DG接入配电网后，会影响系统电压的波动，使其增大或减小，主要通过2种方式：1）DG与当地的负荷协调运行，即当该负荷增加（或减小）时，DG的输出量增加（或减小），此时DG将抑制系统电压的波动；2）DG不与当地的负荷协调运行，如利用自然资源发电的DG，由于其输出受自然资源的可利用性影响很大，一般很难控制，所以这类DG很难与当地的负荷协调运行，此时DG将增大系统电压的波动。

（3）控制措施： DG接入配电网后会对配电网的电压产生很大的影响，传统的电压控制方式可能不再适用。为此，近年来通过分析DG对配电网电压的影响，提出了许多新的控制方法。通过分析DG的容量及接入位置的变化对配电网稳态电压分布的影响，提出当DG的总容量相对于网络负荷较大时，配电站母线电压应适当降低，一般通过调节步进电压调节器（SVR）实现，以防止部分节点电压越限。另外，为防止在DG退出运行后，部分节点的电压波动太大，应保证DG多发有功，少发无功，系统缺额的无功功率由其它的无功支撑设备（如电容器等）补偿。一种基于PI控制，利用变电站处潮流信息和DG所在母线的负荷信息调节可控的DG系统的输出量来补偿系统负荷波动，从而抑制系统电压波动。可以在配电网中安装基于电力电子技术的电压补偿设备，如静止无功补偿器（SVC），通过SVC与配电网中现存的电压控制设备SVR的相互协调来抑制各种陡然变化的电压波动。该方法并没有利用较大容量的SVC完全替换已经安装在配电网上的SVR，而是选用容量较小的SVC与SVR协调控制，既弥补了由于SVR的时延性而不能迅速响应陡峭的电压波动的缺点，又具备很好的经济性，是一种比较实际可行的方法。针对一组DG突然退出运行而造成系统电压波动的情况，提出可以通过投入经优化组合的电容器组（利用禁忌搜索法进行优化组合）来抑制系统电压的波动。还可以利用输出量可控的DG系统（如燃料电池、汽轮机）补偿输出量不可控的DG系统（如风力发电、光伏系统）的输出量的波动及负荷的波动，从而抑制系统电压的波动。

四、对电能质量的影响

DG接入配电网后，会引入各种扰动，从而对系统的电能质量产生影响。其影响主要有2个方面。

（1）电压闪烁DG在下列情况下可能直接或间接引起电压闪烁：1）大型DG系统启动；2）DG的输出突然变化或发生较大变化；3）DG和反馈环节的电压控制设备相互影响。目前采用的解决方法是要求DG的拥有者减少启动次数并将DG通过逆变器接入配电网以减小DG输出的大幅度变化。 （2）谐波DG在下列情况下可能引入谐波：1）分布式电源本身就是一个谐波源；2）DG经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。针对大型配电网讨论引入DG后一些重要母线的谐波电压水平，提出可以在谐波电压水平较高的母线上安装特殊滤波器来抑制谐波电压。针对含有PV发电系统的配电网，提出一种多功能逆变器控制策略，在PV发电系统的逆变器中加入并联有源滤波器的功能，而且采用参考电压最大功率点跟踪控制策略来稳定电压源逆变器的输出电流，起到抑制系统谐波电压的作用。

此外，对于诸如电压脉冲（impulse）、浪涌（surge）、电压跌落（sags）和瞬时供电中断（outage）等动态电能质量问题，可以通过在分布式发电系统中加入储能装置来解决。

五、对系统保护的影响

由于辐射状配电网的潮流是单向流动的，从电源到用户，且考虑到配电网上80%的故障是瞬时的，所以传统配电网的保护设计通常是在变电站处安装反向过流继电器，主馈线上装设自动重合闸装置，支路上装设熔断器。根据“仅断开故障支路，对瞬时故障进行重合闸”原则，使自动重合闸装置与各侧支路上的熔断器相互协调，而每个熔断器又分别与其直接相连的上一级和/或下一级支路上的熔断器相互协调以实现配电网线路的保护，此种保护不具有方向性。

六、对可靠性的影响

如果DG仅作为备用电源可以提高系统供电的可靠性，但如果DG与电网并联运行，就可能降低系统的可靠性，例如：对于含有大量DG的配电系统，如果DG间相互协调不好，会降低系统的可靠性。另外，在系统中出现扰动时，由于DG的高度不确定性，也可能降低系统的可靠性。于是目前在实际工程中，系统一旦出现扰动，通常会切除所有的DG，使系统恢复到原来的结构。

七、对故障电流的影响

DG的出现会提高配电网的故障电流水平。DG对故障电流的影响取决于很多因素，如：DG的技术类型、运行模式、容量、渗透率与系统的接口方式及所采用的技术等。

今后，分布式发电（DG）的应用会越来越广泛，其主要的发展趋势是将基于多种发电技术的不同DG系统接入同一配电网中进行统一调度、相互协调，为系统提供高峰电能以提高系统的稳定性和供电可靠性。

主要研究工作有：（1）建立一个普遍适用的D G与配电网的并网标准（2）现有分布式发电技术的完善和新技术的研发 （3）建立各种分布式发电的稳态、暂态、动态分析等值模型；（4）研究各种分布式电源故障时对配电网的暂态稳定性的影响及控制策略 （5）研究各种分布式电源对故障电流的影响和贡献（6）实现DG系统间以及DG系统与配电网之间的相互协调和对各分布式电源的调度，这将涉及到通讯技术、GPS技术、DSP技术以及电力系统的动态测量和在线检测技术在分布式发电中的应用研究 （7）研究大量DG接人配电网后对潮流、电压、保护及电能质量等方面的影响及控制措施（8）含有大量DG的配电网的规划和设计（9）为实现最优运行，应考虑各种DG在配电网中的安装位置及规模、运行模式、技术经济评价等问题 （10）研究DG输出变化的补偿措施以减小DG的不确定性对配电系统的影响。